KR20140015243A - 근해 풍력 터빈용 지지 구조물 - Google Patents

근해 풍력 터빈용 지지 구조물 Download PDF

Info

Publication number
KR20140015243A
KR20140015243A KR1020137004561A KR20137004561A KR20140015243A KR 20140015243 A KR20140015243 A KR 20140015243A KR 1020137004561 A KR1020137004561 A KR 1020137004561A KR 20137004561 A KR20137004561 A KR 20137004561A KR 20140015243 A KR20140015243 A KR 20140015243A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
float
mooring
tethers
outrigger
supporting structure
Prior art date
Application number
KR1020137004561A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101786063B1 (ko
Inventor
알렉산더 존 파이페
Original Assignee
폴 에이. 프라이즈 & 어소시이에이트 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 폴 에이. 프라이즈 & 어소시이에이트 리미티드 filed Critical 폴 에이. 프라이즈 & 어소시이에이트 리미티드
Publication of KR20140015243A publication Critical patent/KR20140015243A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101786063B1 publication Critical patent/KR101786063B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/25—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors specially adapted for offshore installation
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B17/00—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor
    • E02B17/02—Artificial islands mounted on piles or like supports, e.g. platforms on raisable legs or offshore constructions; Construction methods therefor placed by lowering the supporting construction to the bottom, e.g. with subsequent fixing thereto
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/50—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers
    • B63B21/502—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers by means of tension legs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B5/00—Hulls characterised by their construction of non-metallic material
    • B63B5/14—Hulls characterised by their construction of non-metallic material made predominantly of concrete, e.g. reinforced
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/42—Foundations for poles, masts or chimneys
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/42—Foundations for poles, masts or chimneys
    • E02D27/425—Foundations for poles, masts or chimneys specially adapted for wind motors masts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/52—Submerged foundations, i.e. submerged in open water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F03D13/22—Foundations specially adapted for wind motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/446—Floating structures carrying electric power plants for converting wind energy into electric energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/95—Mounting on supporting structures or systems offshore
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

수직하게 연장하는 부유 풍력 터빈(8) 또는 유사 바디를 계류하기 위한 지지 구조물(114, 116, 118)은 해저까지 하방으로 연장되는 각각의 테더(120)들을 연결하기 위한 테더 부착 지점들의 링(114)을 가지며, 링은 부착 지점들이 평면으로부터 대각선 방향으로 하방 및 내측으로 연장하는 기울어진 받침대(118)들의 링에 의해 바디로부터 이격된다.

Description

근해 풍력 터빈용 지지 구조물 {SUPPORT STRUCTURE FOR AN OFFSHORE WIND TURBINE}
본 발명은 인장 레그 계류형 구조물들에 관한 것으로, 특히 근해 풍력 터빈 구조물들에 관한 것이지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
배경 기술
인장 레그 계류형 오일 플랫포옴이 알려져 있으며, 풍력 터빈을 지지하기 위해 인장 레그 계류형 구조물들을 사용하는 것이 제안된다. 예들이 GB2365905, DE10101405, WO2008/122004, WO2009/064737 및 WO2004/61302에 공개된다.
이 같은 구조물들은 테더(tether)들에 의해 해저에 계류되는 부유(float) 표면 요소를 포함한다. 이 같은 구조물들은 강성 플랫포옴을 이용하여 실현가능한 것보다 더 깊은 바다(예를 들면 구조물들이 200 미터 이상의 깊이에서 사용됨)에서 작동을 허용한다.
풍력 터빈과 같은 크고 좁은 컬럼식 직립 부유 구조물들을 안정되게 정박하기 위해 노력할 때 특히 심각한 문제점들이 발생한다. 이 같은 구조물에서, 풍력 터빈 수직 샤프트(이 샤프트의 상단부에 장착된 수평 액슬 터빈 또는 이 샤프트 주변에 수직 액슬 풍력 터빈을 지지함)는 이 샤프트 주변에서 중심을 잡는 부유체(flaoting body)를 가지며, 해수면 아래 이의 하단부에 (통상적으로 6개 또는 8개의) 방사상 아웃리거(outrigger) 아암들을 구비한다. 상기 아웃리거 아암들은 통상적으로 수평하다. 방사상 아웃리거 아암들의 외측 단부들은 받침대(strut)들의 수평 링에 의해 상호 연결되어 면외 (out-of-plane) 로딩에 대해 아웃트리거들에 강성을 제공한다. 방사상 아웃리거 아암들의 외측 단부들로부터 대각선 방향으로 상방 및 내측으로 상승하는 것은 중앙 수직 샤프트와 만나는 각각의 대각선 방향 원재(spar)들이다. 상기 아웃리거 구조물은 따라서 강성 상부 연결 플랫포옴을 제공하며, 이 강성 상부 연결 플랫포옴으로부터 복수의 테더들(통상적으로 8개 또는 9개 이상의 아웃리거들에 대한 각각의 아웃트리거 아암에 하나의 테더가 결합되고, 더 적은 아웃리거들에 대한 아암 당 두 개, 세 개 또는 4개 이상의 테더가 결합됨)이 해저 상의 정박 지점들로 하방으로 연장한다. 각각의 대각선 방향 원재는 이에 따라 상기 아웃리거 아암에 의해 제공된 수평 베이스를 구비한 직각 삼각형의 빗변 및 풍력 터빈이 중앙 축선에 의해 제공된 수직 측면 상에 놓인다. 대각선 방향 원재들은 상기 아웃리거 아암들 상의 테더에 의해 가해진 하방력 및 중앙 바디 상의 부력에 의해 가해진 상방력에 의해 인장 상태로 유지된다.
테더들은 표면 높이 아래에 있다. 테더 상부 연결 지점들은 표면을 형성하며 이 표면 내 중앙에 테더 상에 작용하는 힘들의 센트로이드(centroid)가 있다. 테더들이 정확히 정렬될 때, 부유체의 부력은 모든 테더들을 동일하게 인장한다. 표면 구조의 깊이에서의 변화는 테더의 인장을 동일하게 변화시킨다. 테더 센트로이드의 평면에서의 수평력은 모든 테더들에서의 인장을 균일하게 증가시킨다. 상기 아웃리거 구조물 상이 테더 센터로이드를 중심으로 한 전도 모멘트(overturning moment)는 일부 테더에서 인장을 증가시키고 나머지 테더에서 인장을 감소시킨다. 테더에서의 인장이 0으로 감소하는 경우, 테더가 늘어지고 재-인장될 때 고 동적 스내치(snatch) 하중들 하에 있게 되는 경향이 있다.
종래 기술이 가진 문제점
본 발명은 테더형 레그 계류 구조물의 안정성 및 신뢰성을 증가시키기 위해 의도된다. 본 발명가들은 특히 60 내지 70 미터의 깊이에서 풍력 터빈들용 인장 레그 플랫포옴의 사용으로부터 발생되는 문제점들을 연구하였다. 상술된 종래의 구조물은 구성, 바람, 파도 및 현 매개변수들에서의 작은 변화에도 매우 민감한 것을 발견하였다. 이 같이 상대적으로 크고 좁은 부유 구조물에 대해, 총 하중에 대한 4개의 원인 제공이 있다.
1. 블레이드들에 대한 풍 하중. 풍 하중은 적어도 해수면(및 이에 따라 테더 센터로이드)위로 적어도 블레이드들의 높이 만큼 터빈의 허브(수평 축선 풍력 터빈에 대해)에, 작용하기 때문에, 풍 하중은 수평 축선을 충심으로 대형 전도 모멘트를 생성한다.
2. 중앙 타워에 대한 파 하중들. 다시, 파 하중들이 테더 센터로이드 위에 작용하며 이에 따라 보통 풍 하중과 유사한 방향으로 전도 모멘트를 일으킨다.
3. 관성 하중들. 선체가 파도들에 의해 후방 및 전방으로 밀리기 때문에, 질량 및 "부가 질량"(즉, 선체와 함께 이동하는 주변 바닷물의 질량)의 조합 중심 주변에 작용하는 관성 하중들이 발생하며, 이는 보통 테더 센터로이드 위에 있으며 이에 따라 종종 위의 첫번째 두번째 전도 모멘트와 동일한 방향으로 작용하는, 다른 전도 모멘트를 생성한다.
4. 해류 하중들. 해류 하중들은 또한 통상적으로 테더 센트로이드 위에 작용하며, 따라서 모멘트가 생성되며, 이 모멘트는 동일 방향성 파도들 및 해류들에 대해 파도들에 의해 발생된 모멘트에 부가된다.
본 발명가들은 파도 존 아래 있는 중앙 컬럼으로 아웃리거 아암들의 만족스런 상부 부착을 보장하면서 테더 상부들의 만족스런 높이(즉, 테더 센트로이드)를 선택하는 것이 어렵다는 것을 발견하였다. 일반적으로, 표면 구조물의 변위 크기를 증가시키는 것은 표면 구조물의 부력을 증가시키고 이에 따라 모든 테더들에서의 정적 인장을 증가시키며, 이에 따라 테더들 중 하나가 느슨하게 되는 가능성을 감소시키지만 더 큰 부유체 상에 더 큰 파도 하중을 초래하여 테더 상의 힘들의 동적 하중 성분들을 증가시킨다. 아웃리거 아암들을 부유체 상에서 더 낮게 장착하는 것은 테더 길이를 짧게 하고 이에 따라, 덜 깊은 바다에서, 각각의 파도가 더 짧은 테더 길이 위로 통과할 때 테더들이 더 큰 범위의 동적 하중들을 흡수하여, 테더들에서 인장 응력 범위를 증가시킨다. 일반적으로, 상기 구조물이 단지 테더들에 이러한 높은 하중들을 통과시킴으로써 파도 하중들을 견딜 뿐만 아니라 파도 하중의 주기적 성분들에 따라 이동하는 것을 허용할 정도로 테더 길이들을 충분히 길게 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 청구항 1 또는 청구항 10에 따른 구조물을 제공함으로써 이러한 문제점들 중 일부 또는 모두를 극복하고 바람직하게는 근해 풍력 터빈을 위한 더욱 안정되고 확실한 테더형 레그 플랫포옴 설계를 제공한다. 본 발명은 또한 테더형 지지 구조물을 포함하는 청구항 9에 따른 풍력 터빈을 작동하는 방법에 관한 것이다. 이는 중앙 바디의 베이스 위의 적합한(well) 지점으로 테더 센트로이드(즉, 상부 테더 부착 지점들의 높이)를 상승시킨다. 테더 센트로이드 및 아웃리거 구조물은 여전히 가장 높이 예상되는 파도들의 골의 바닥 아래 적합하게 위치될 수 있다. 테더 끝단(termination)의 평면을 상승시킴으로써, 상기 전도 모멘트들 모두 감소되고 일부는 심지어 소멸될 수 있다(reverse). 본 발명의 이러한 및 다른 장점들 및 효과들은 아래에서 더욱 상세하게 공개된다.
지금부터 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술의 인장 레그 구조물에 의해 지지되는 종래의 설계의 근해 풍력 터빈의 측면도이며;
도 2는 제 1 실시예의 측면도이며;
도 3은 제 2 실시예의 인장 레그 지지 구조물의 평면도이며;
도 4는 제 2 실시예의 대응하는 측면도이며;
도 5는 도 4에 대한 대응도로서 상기 구조물이 최대로 오프셋(offset)된 상태를 도시한 도면이다.
종래 기술의 설명
도 1에 도시된 종래 기술의 구조물은 직경 4 미터의 원통 관형 스틸(steel) 컬럼 상부 섹션(6)이 연결된 실질적인 중공형 원추-절두형 콘크리트 부유물(float; 4)을 포함하는 바디(2)로 이루어진다. 상부 섹션(6) 정상에 장착된 것은 관련된 기어 트레인, 발전기, 및 다른 종래의 구성요소들(도시안됨)과 함께, 복수의 블레이드(12a, 12b)들...,을 지지하는 너셀(nacelle; 10)을 포함하는 수평 액슬 풍력 터빈(8)이며; 이 같은 터빈들은 용이하게 상업적으로 입수가능하며 추가의 설명이 요구되지 않는다. 정상 해수면(도면에서 도시된 해수면) 위의 풍력 터빈의 너셀의 허브의 높이는 약 93 미터이고, 이 중 87 미터는 스틸 상부 섹션(6)이고; 허브는 컬럼 정상의 요(yaw) 하우징(9) 위로 약 6 미터이다. 부유물(4)의 바닥은 해수면 아래 22.5 m에 있으며, 부유물은 이의 베이스에서 직경이 20 미터이며, 부유물의 베이스와 상부 섹션 사이의 콘크리트/스틸 조인트에서 상부 섹션과 동일한 직경으로 좁아진다. 해수면 위로 12 미터는 스틸 플랫포옴(22)에 의해 제공된 작업 플로어이며, 이 작업 플로어로 보트 또는 바지(barge)가 계류할 수 있고, 작업 플로어로부터 바디(2)의 내부로 도어(24)를 개방하여 보수를 위한 출입을 허용한다.
8개의 스틸 아웃리거 아암(14a 내지 14h)들은 콘크리트 부유물의 베이스 상의 연결부로부터 15 미터의 길이로 반지름 방향으로 횡단하여(cross) 연장한다. 상기 스틸 아웃리거 아암들의 외측(말단) 단부들은 대각선 직경으로 수평 8각형 50 미터를 형성하는 8개의 수평의 원주 스틸 브레이스(brace; 16a 내지 16h)들에 의해 연결된다. 상기 스틸 아웃리거 아암들의 외측 단부들로부터 대각선 방향으로 상방 및 내측으로 연장하는 것은 8개의 각각의 대각선 방향 스틸 타이 로드(18a 내지 18h)들이다. 타이 로드(18)들은 이들의 상단 단부들에서 아웃리거 아암(14)들의 높이 위 15 미터 콘크리트 부유물로 연결된다. 따라서 아웃리거들은 각각 받침형 캔틸레버를 구성하며 아암들은 캔틸레버들 및 타이 로드들 및 기둥(prop)들이다.
테더(20a 내지 20h)들의 상단부들은 사용 중 아웃리거 아암들의 말단부들로 연결되고 이는 8각형의 스틸 지지 구조물의 8개의 코너들을 구성한다. 테더(20a 내지 20h)들의 하단부들은 예를 들면 60 내지 70 미터의 깊이에서, 해저 상의 정박 구조물(30)에 연결된다. 정박 구조물(30)은 통상적으로 바닷물의 유입을 허용함으로써 또는 자갈 또는 고밀도 모래로 밸러스트되어 가라앉는, 중공형 카운터웨이트(counter weight)를 포함한다.
위에서 설명된 바와 같이, 상기 구조물은 부유물(4)의 베이스 바로 위, 상대적으로 낮은 테더들로의 부착 지점(테더 센트로이트를 형성)들을 가진다. 테더(20)들은 정상적으로 부유물(4)의 부력으로부터 인장 하에 있어 대각선 방향 타이 로드(18)들에 인장력을 인가하고 아웃리거 아암(14)들에 압축력을 인가한다. 상기 구조물이 해류, 파도 및 바람에 의해 움직일 때, 테더들 상의 인장들은 넓은 동적 범위를 통하여 변화한다.
제 1 실시예
도 2를 참조하면, 제 1 실시예에서 중공형 스틸 구성의 중앙 바디(102)는 상부 동축 원통 관형 섹션(105)들의 그룹이 얹혀진 하부 축방향 원통 관형 부유물(104)을 포함하며, 상부 동축 원통 관형 섹션들의 상부에는 더 작은 횡단면의 동축 원통 관형 타워(106)(이 타워 정상에는 종래의 풍력 터빈을 지지하는 요 하우징(109)이 있음)가 있으며 상기 타워는 출입 도어(도 1의 출입 도어에 대응하고 따라서 공간의 이유들을 위해 생략됨)를 구비한 작업 플로어를 가진다.
중앙 부유체(102)에 연결되고 이 주변으로 균일하게 반지름 방향으로 이격된 것은 8개의 수평 스틸 아웃리거 아암(114a 내지 114h)들이고, 이의 말단부들은 수평 링 브레이스(116a 내지 116h)들의 링에 의해 상호 연결된다. 각각은 해저(도시안됨) 상의 카운터웨이트로 하방으로 연장하는 각각의 가요성 스틸 테더(120a 내지 120h)의 상단부로의 연결부를 지지한다. 아웃리거 아암들의 말단부들의 각각으로부터 하방 및 내측으로 연장하는 것은 각각의 브레이싱 받침대(bracing strut; 118a 내지 118h)들이다. 이러한 요소들은 테더들이 브레이싱 받침대(118)들을 하방으로 당기도록 작용하고 이에 따라 테더들을 압축 상태로 그리고 아웃리거 아암(114)들을 인장 상태로 유지한다는 점에서 도 1의 대응부품과 상이하다. 대각선 브레이싱 받침대들은 따라서 더 넓고 좌굴에 내성을 갖도록 형성된다.
테더들의 연결 지점들은 이제 도 1에서 보다 바닷물에서 상당히 더 높으며, 전체 구조물 및 풍력 터빈의 무게 중심은 테더들의 상단부들에 의해 형성된 평면에 더 근접한다. 따라서, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 구조물 상에 작용하는 모멘트들은 더 작다. 또한 테더들은 더 길고 테더들은 구조물이 파도의 주지적 작용 하에서 추가로 변형(deflect)되어 테더들에 의해 직접 받아지는 파도 하중의 부분을 감소하는 것을 허용한다. 테더들 상의 연장부는 더 긴 길이에 걸쳐 이루어져 동일한 테더 직경 및 측방향 변위에 대해 긴장(strain)이 낮아진다.
제 2 실시예
지금부터 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 구조물이 평면도로 도시된다. 제 1 실시예의 요소들과 동일한 요소들에는 동일한 도면 부호들이 주어진다. 절두원추형 섹션(107)은 부유체(104) 및 상부 컬럼(106)을 상호 연결한다. 절두원추형 섹션(107)의 하부 림은 최저 천문 조위(Lowest Astronomical Tide) 또는 'LAT'에서 6 미터의 깊이에 있다. 증가된 부력을 제공하도록 부유체(104)가 상대적으로 깊다. 부유체의 더 긴 길이에 의한 정수압에 대한 저항을 증가시키도록, 챔버의 하부, 즉 챔버의 베이스는 볼록한 방사형이 되거나 돔형이 될 수 있다. 챔버는 13.1 미터의 직경을 가지고 정상 사용시 이의 중앙 축선에서 바닷물 아래로 37.5 미터의 깊이로 연장한다(그러나, 높은 조류 및 높은 파도에서 깊이가 45 내지 50 미터 만큼 높을 수 있다).
수평 아웃리거 아암들의 말단부들에서 중앙 바디로부터 테더 부착 지점들까지 수평 아웃리거 아암들(114)의 길이는 단지 16 미터 미만이다. 대각선 방향 받침대(118)들은 34도의 각도로 하방 및 내측으로 연장하고 받침대들의 베이스에서 부유체(104)에 연결된다. 전체 아웃리거 구조물 및 테터 상부 끝단은 가장 높게 예상되는 파도의 골(LAT에서 약 12 m 깊이) 아래 적합하게 유지된다. 주 테더 하중들은 대각선 방향 받침대(118)에 의해 중앙 바디 내로 역으로 받아들여 진다.
도 5는 정렬된 바람, 파도들 및 해류에 의한 극단적인 오프셋에서의 본 발명의 바람직한 실시예를 보여준다. 이때, 절두원추형 섹션(107)의 하부 림은 LAT에서 11.6 미터의 깊이에 있다. 테더들이 부유체의 하부 측 또는 구조물을 손상시키는(foul) 어떠한 위험도 없이, 테더들이 수직으로부터 약 26도의 각도에 도달할 때까지 구조물이 변위될 수 있는 것을 볼 수 있을 것이다.
바람직한 실시예들의 치수들 및 흘수의 요약
실시예들의 흘수(draught)는 부유 챔버+타워+너셀+25 내지 30 미터 이상 사이의 블레이드의 전체 무게 중심을 가지는 실시예들의 흘수는 약 35 미터(낮은 조류 상태에서)이다, 즉 평균 수위(mean water level) 아래에서, 약 7미터의 조류에 의한 평균 해수면에서의 가능한 차이를 허용한다. 너셀은 낮은 조류에서 평균 해수면 위로 87 미터이고 블레이드 팁들은 블레이드들의 최하 회전 지점들에서 해수면 위로 27 미터이다. 블레이드들의 거리(span)는 120 미터이다. 테더 부착부들에 걸친 거리는 스틸 중앙 바디에 대해 42 미터 내지 45 미터로 변화한다.
실시예들의 장점들
이러한 새로운 구성으로, 수개의 장점이 명백하게 된다:
1. 허브에서 풍 하중에 의한 테더 센트로이드를 중심으로 하는 모멘트가 감소된다;
2. 테더 센트로이드 바로 위 타워 상의 파 하중들에 의해 유도된 테더 센트로이드를 중심으로 하는 모멘트들은 아웃리거들의 구조물 상 및 타워의 베이스 상의 유사 하중들에 의해 균형이 잡혀서 순(net) 감소 또는 심지어 소멸(reversal)을 초래한다(부유체 및 아웃리더들의 치수들에 따라);
3. 구조물의 질량의 무게 중심(구조물과 함께 이동하는 바닷물의 부가 질량과 함께)은 테더 센트로이드에 더 근접하게 되고 이에 따라 관성 효과들에 의한 테더 센트로이드를 중심으로 하는 모멘트들이 실질적으로 감소될 것이다;
4. 유사하게, 해류에 의한 하중들은 테더 센트로이드에 근접한 압력의 중심을 가져서 해류들에 의한 모멘트들을 감소한다;
5. 테더들은 종래보다 상당히 더 길고(테더들의 상부들이 부유체의 상부에 더 근접하기 때문에) 이에 따라 부유체가 파도들에 반응하여 이동하는 것을 허용하며;
6. 상술된 모두의 결과로서,
a. 테더 센트로이드를 중심으로 하는 순 모멘트가 감소되고,
b. 테더들에 의해 반응된 순 하중은 테더들 사이에 더 균일하게 공
유되고,
c. 테더들이 느슨하게 되는 것을 방지하기 위해 요구되는 테더들에
인가되는 예비-인장이 또한 감소되며, 그리고
d. 극한적인 테더 하중들이 아웃리거들의 원래 구성들에 대해 예상된
하중들에 비해 실질적으로 낮아진다.
7. 테더 센트로이드를 중심으로 하는 순 모멘트가 감소되기 때문에, 테더들의 모멘트 아암들이 또한 짧아질 수 있어, 전체 구조물이 더 컴팩트(compact)하게 된다;
8. 계류력이 해저 카운터웨이트에 의해 일어나는 경우, 이러한 카운터웨이트의 크기가 종래 기술 설계에 대해 요구된 카운터웨이트에 비해 실질적으로 감소될 수 있다;
9. 테더 중심이 여전히 최대 파도의 골 아래 있기 때문에, 테더들 및 아웃리거 아암들이 방문하는 선박들 및 바지들로 인한 손상에 대해 취약하게 되지 않으며, 또한 종래 기술에서 보다 수리 목적을 위해 다이버들이 더 용이하게 접근가능하다.
상부 타워, 너셀 및 블레이드들을 구비하거나 구비하지 않은, 바람직한 실시예들은 평균 수위에서 아웃리거들의 상부가 부유하도록 밸러스트될 때 안정된 것으로 증명되었다. 최종 설치된 흘수 아래로 부유하기 위해 밸러스트될 때(테더 부착이 실시되는 것을 허용하도록) 전체 구조물이 또한 유체 정역학적으로 안정될 것이 예상된다. 이러한 한계(limit)들 사이에서, 유체 정역학적 안정성을 보장하기 위해 임시 부력이 요구될 수 있다.
다른 변형예 및 실시예들
다양한 변형 및 치환이 당업자에게 명백할 것이다. 테더(20)들은 바람직하게는 아웃리거 아암(14)들의 말단부들 근처에 부착되지만, 덜 바람직하지만, 테더들이 아웃리거들의 말단부들을 향하여 브레이스(16)들 또는 소정의 다른 구조물에 부착되는 것이 가능하다. 테더들은 스틸 또는 KevlarTM(상표명 ParafilTM으로 공급됨)과 같은 다른 재료들로 제조될 수 있다. 아웃리거 아암(14)들은 사용시 수평방향으로 연장하는 것이 요구되지 않지만 다소 경사질 수 있으며, 비록 아웃리거 아암들이 상방 및 내측으로 연장하지만, 선박들에 의해 손상되는 위험이 상승되고 반면 아웃리거 아암들이 하방 및 내측으로 연장하는 경우 구조물의 강도가 감소된다.
아웃리거 아암들의 개수가 6개, 8개 또는 시행 착오에 의해 결정된 소정의 다른 알맞은 개수가 될 수 있다. 더 작은 개수의 아암들(3개 또는 4개의 아암들)을 사용하는 것이 또한 가능하며, 이 경우 각각의 아암에 대해 부가 브레이싱을 제공하는 것이 편리할 수 있다(예를 들면, 플랫포옴들 및 브릿지들에서 널리 사용되는 바와 같이 "플레이트형" 구조물에서 아암을 형성함으로써).
부가 브레이스들이 대각선 방향 받침대(18)들의 좌굴 가능성을 감소시키기 우해 제공될 수 있다. 아암들을 포함하는 대신 기울어진 받침대(18)들이 핀(fin)들일 수 있다. 심지어 부력체의 베이스로부터 상방으로 넓어지는 중실형 또는 중공형 "화분(flower-pot)"형 콘으로서 전체 구조물을 제공하는 것이 가능하다.
상술된 바와 같이, 하나의 테더가 각각의 아암에 부착될 수 있거나, 정박 구조물(30) 상의 상이한 지점들에 고정된 n(n>1)개가 각각의 아암에 부착될 수 있다. 후자의 경우, 한 쌍의 데더들이 각각의 아암에 제공될 수 있어 상기 쌍의 하나의 테더가 끊어지는 경우 중복을 허용하거나 아암 마다 더 많은 개수의 테더들이 수 개의 테더들에 걸쳐 인장 하중들을 공유하기 위해 사용될 수 있으며 이에 따라 각각의 테더의 직경의 감소를 허용한다(예를 들면, 3개의 테더로, 여전히 중복되게 제공하면서 각각의 테더가 하중의 50%를 담당하도록 설계될 수 있다).
스틸 부력체 대신, 콘크리트 및 철의 혼합물(도 1에 도시되고 종래 기술에서 알려진 바와 같이), 또는 다른 재료가 제 1 실시예에서와 같이 사용될 수 있다. 이 경우, 테더 부착부들 사이의 거리가 45 미터로 유지될 수 있지만(비록 원하는 경우 더 커질 수 있지만), 중앙 부유 챔버의 직경이 14 미터 내지 15 미터로 증가될 수 있다.
실제 목적을 위해, 볼록한 하부 표면 보다 평평한 하부 표면을 제공하는 것이 편리할 수 있다.
위에서 설명된 구조물이 풍력 터빈으로서 사용하기 위해 제안되는 반면, 비록 더 넓고 낮은 구조물에 대해 덜 유용할 수 있지만 다른 근해 장비와 함께 배치될 수 있다. 요구되는 정밀도가 얼마이든지 간에, 모든 치수들은 개략화되었으며, 이는 실시예들에서 사용된 재료들 및 다른 매개변수들에 따라 사용시 변화될 수 있고 변화될 것이다.
당업자에게 명백하게 될 모든 이러한 및 임의의 다른 변형예는 본 발명의 범위에 의해 포함되는 것으로 의도된다. 첨부된 청구범위들의 범위 내에 포함되든지 포함되지 않든지 간에 임의의 그리고 모든 신규한 주요 구성 및 이들의 조합에 대한 보호가 청구된다.

Claims (9)

  1. 인장된 계류 테더(tether)들을 위해 중앙 부유체로부터 반지름 방향 외측으로 이격된 복수의 부착 지점들을 제공하는, 컬럼식(colummnar) 중공 관형 부유 챔버를 포함하는 수직방향으로 연장하는 중앙 부유체를 계류하기 위한 지지 구조물로서,
    상기 중앙 부유체로부터 반지름 방향으로 연장하는 아웃리거 구조물(outrigger structure), 및
    상기 부유체와 연결하도록 상기 아웃리거 구조물의 말단 부분으로부터 연장하는 기울어진 브레이싱 구조물을 포함하며,
    상기 기울어진 브레이싱 구조물은 상기 부착 지점들의 평면으로부터 대각선 방향으로 하방 및 내측으로 연장하고,
    상기 기울어진 브레이싱 구조물의 선단 부분이 상기 부유체를 상기 기울어진 브레이싱 구조물의 하단부 주변에 연결하는,
    중앙 부유체를 계류하기 위한 지지 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아웃리거 구조물은 복수의 아웃리거 아암들을 포함하는,
    중앙 부유체를 계류하기 위한 지지 구조물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기울어진 브레이싱 구조물은 복수의 기울어진 브레이스 부재(brace member)들을 포함하는,
    중앙 부유체를 계류하기 위한 지지 구조물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아웃리거 구조물은 사용시 실질적으로 수평방향으로 연장하는,
    중앙 부유체를 계류하기 위한 지지 구조물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버의 하부는 볼록한 돔형상인,
    중앙 부유체를 계류하기 위한 지지 구조물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 금속인,
    중앙 부유체를 계류하기 위한 지지 구조물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아웃리거 구조물의 선단 부분이 파도들의 정상 골(trough) 높이 아래에서 사용되는 상기 부유체에 연결되는,
    중앙 부유체를 계류하기 위한 지지 구조물.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    근해 풍력 터빈과 조합하는,
    중앙 부유체를 계류하기 위한 지지 구조물.
  9. 풍력 터빈의 작동 방법으로서,
    복수의 테더들에 의해 수역의 플로어에 매어지는 부유체의 정상에 근해 풍력 터빈을 장착하는 단계를 포함하며, 각각의 부착 지점에 부착되는 복수의 테더 각각은 상기 부유체 주변의 반지름 방향으로 이격되어 있으며 실질적으로 수평 방향으로 연장하고 복수의 테더들에 의한 인장시 정상적으로 로딩되는 아웃리거 구조물에 의해 제공되고 그리고 대각선 방향으로 외측 및 상방으로 연장하고 상기 테더들에 의한 압축시 정상적으로 로딩되는 브레이싱 구조물에 의해 브레이싱되는,
    풍력 터빈의 작동 방법.
KR1020137004561A 2010-07-23 2011-07-22 근해 풍력 터빈용 지지 구조물 KR101786063B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1012421.2 2010-07-23
GB1012421.2A GB2482198B (en) 2010-07-23 2010-07-23 Tension leg support structures
PCT/GB2011/001101 WO2012010847A1 (en) 2010-07-23 2011-07-22 Support structure for an offshore wind turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140015243A true KR20140015243A (ko) 2014-02-06
KR101786063B1 KR101786063B1 (ko) 2017-10-17

Family

ID=42752721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137004561A KR101786063B1 (ko) 2010-07-23 2011-07-22 근해 풍력 터빈용 지지 구조물

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9574550B2 (ko)
EP (1) EP2596240B8 (ko)
KR (1) KR101786063B1 (ko)
CA (1) CA2806346C (ko)
DK (1) DK2596240T3 (ko)
ES (1) ES2557593T3 (ko)
GB (1) GB2482198B (ko)
WO (1) WO2012010847A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL2009543C2 (nl) * 2012-10-01 2013-10-09 Beheersmij Verstraeten B V Fundering voor een inrichting voor het winnen van natuurlijke rijkdommen, funderingsraamwerk voor gebruik in een dergelijke fundering, raamwerkmodule voor gebruik in een dergelijk funderingsraamwerk, inrichting voor het winnen van natuurlijke rijkdommen omvattende een dergelijke fundering en/of een dergelijk funderingsraamwerk en/of een dergelijke raamwerkmodule, en werkwijze omvattende handelingen, gericht op het winnen van natuurlijke rijkdommen.
ES2454044B1 (es) * 2012-10-08 2015-03-10 Iberdrola Ingenieria Y Construccion S A U Plataforma flotante en tensión de especial aplicación para aprovechamiento eólico
CN103243735A (zh) * 2013-05-11 2013-08-14 天津大学 一种带斜支撑的预应力混凝土筒型基础
DE102013222081B4 (de) * 2013-10-30 2016-05-12 Gicon Windpower Ip Gmbh In der offenen See schwimmendes und über Abspannmittel mit Ankern verbundenes Tragwerk für Windkraftanlagen, Servicestationen oder Konverterstationen
CN103696915A (zh) * 2013-12-12 2014-04-02 天津大学 海上风力发电机塔筒与导管架基础的筒式连接结构
BR112017022554B1 (pt) 2015-04-20 2023-03-14 University Of Maine System Board Of Trustees Casco para uma plataforma de turbina eólica flutuante
US10723415B2 (en) * 2016-08-03 2020-07-28 Mangrove Deep LLC Mooring system for drifting energy converters
CN110155264B (zh) * 2019-06-12 2023-10-27 长江勘测规划设计研究有限责任公司 海上风机复合筒基础拖航结构及拖航方法
CN112648149B (zh) * 2021-01-04 2022-07-01 上海电气风电集团股份有限公司 海上漂浮式风机基础及海上风机
CN113602424B (zh) * 2021-08-16 2022-06-17 太平洋海洋工程（舟山）有限公司 一种适用于工程驳船的系泊装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0020410D0 (en) 2000-08-19 2000-10-04 Ocean Technologies Ltd Offshore windtower
DE10101405A1 (de) 2001-01-13 2002-07-18 Remmer Briese Off-Shore-Windkraftanlage
ITBA20020047A1 (it) * 2002-12-17 2004-06-18 Enertec Aktiegesellschaft Ag Metodo di realizzazione di una piattaforma sommergibile a spinta bloccata per la produzione di energia elettrica dal vento in mare aperto e di prodotti di maricoltura
AU2003201272A1 (en) 2003-01-06 2004-07-29 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine with floating foundation
DE10357392B4 (de) * 2003-09-08 2005-11-03 Oevermann Gmbh & Co. Kg Hoch- Und Tiefbau Transportsystem für ein Turmbauwerk
WO2009064737A1 (en) * 2007-11-12 2009-05-22 Oceanwind Technology, Llc. Power generation assemblies
US20080240864A1 (en) * 2007-04-02 2008-10-02 Ups Wind Management , Llc Assembly, transportation and installation of deepwater windpower plant
ITTO20070666A1 (it) 2007-09-24 2009-03-25 Blue H Intellectual Properties Sistema di conversione di energia eolica offshore per acque profonde
JP4986049B2 (ja) * 2007-10-02 2012-07-25 清水建設株式会社 風力発電用浮体装置
GB2459172C (en) * 2008-04-16 2011-05-04 Richard Annett Floating platform
WO2010048560A2 (en) * 2008-10-24 2010-04-29 Lew Holdings, Llc Offshore wind turbines and deployment methods therefor
US8613569B2 (en) * 2008-11-19 2013-12-24 Efficient Engineering, Llc Stationary positioned offshore windpower plant (OWP) and the methods and means for its assembling, transportation, installation and servicing
US8197208B2 (en) * 2009-12-16 2012-06-12 Clear Path Energy, Llc Floating underwater support structure

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012010847A1 (en) 2012-01-26
US9574550B2 (en) 2017-02-21
GB201012421D0 (en) 2010-09-08
DK2596240T3 (en) 2016-02-08
CA2806346C (en) 2015-06-16
GB2482198B (en) 2013-09-11
US20130183163A1 (en) 2013-07-18
KR101786063B1 (ko) 2017-10-17
ES2557593T3 (es) 2016-01-27
EP2596240B8 (en) 2015-12-02
EP2596240B1 (en) 2015-10-28
GB2482198A (en) 2012-01-25
EP2596240A1 (en) 2013-05-29
CA2806346A1 (en) 2012-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101786063B1 (ko) 근해 풍력 터빈용 지지 구조물
JP7014498B2 (ja) 浮遊式風力タービン組立体、ならびにそのような浮遊式風力タービン組立体を係留するための方法
US10337499B1 (en) Self-installing column stabilized offshore wind turbine system and method of installation
JP7417000B2 (ja) テンションレグ装置を備えた浮体式風力発電プラットフォーム
EP2499364B1 (en) Floating off-shore wind turbine
EP2143629B1 (en) Arrangement for stabilization of a floating foundation
JP6607867B2 (ja) 海上風力タービンまたは他のデバイスのための浮動可能支持構造
JP2011503422A (ja) 発電アセンブリ
EP2783975B1 (en) Floating offshore structures
CN109982923A (zh) 浮体结构物
US9499241B2 (en) Floating offshore structures
CN116583646A (zh) 风力涡轮机海上支撑结构
US20150204045A1 (en) Floating offshore structures
WO2021121500A1 (en) Mitigation of nacelle drop by tension wire
CN114044090B (zh) 漂浮式水上基础
JP2024505494A (ja) 風力発電プラント
JPS5961613A (ja) ハイブリッド構造の海洋プラツトフオ−ム
SE546025C2 (en) Semi-submersible wind power platform
TW202244388A (zh) 用於接收離岸部署中之風力機塔之浮力結構
AU2022259339A1 (en) Offshore wind turbine system and offshore platform

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant